丁仲禮：深入理解碳中和的基本邏輯和技術(shù)需求

 

提起固碳，我們首先想到的是自然過(guò)程，即通過(guò)海洋和陸地表面把大氣中的二氧化碳吸收固定。但這里必須指出，人類(lèi)活動(dòng)每年都向大氣中排放二氧化碳，這其中的一部分可以被自然過(guò)程所吸收，余下部分如不通過(guò)人為手段予以固定，則大氣中的二氧化碳濃度還會(huì)逐年增高。所以我們講固碳，主要是指通過(guò)人為努力固定下的那部分，而地球自然固碳過(guò)程則屬于“天幫忙”，很難歸功于具體的國(guó)家或?qū)嶓w。

 

“人努力”進(jìn)行固碳一般可分兩大途徑，一是生態(tài)系統(tǒng)的保育與修復(fù)，二是把二氧化碳捕集起來(lái)后，或加工成工業(yè)產(chǎn)品，或封埋于地下或海底，這第二方面就是經(jīng)常談到的“碳捕獲、利用與封存”——CCUS（Carbon Capture and Utilization-Storage）。

 

公眾對(duì)生態(tài)系統(tǒng)固碳都比較熟悉，它是利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳，所吸收的碳有一部分長(zhǎng)久保存在植物本身之中（比如樹(shù)干），也會(huì)有一部分凋落后（比如樹(shù)葉）腐爛進(jìn)入土壤中以有機(jī)碳的形式得到較為長(zhǎng)期的保存，當(dāng)然有機(jī)碳也會(huì)部分轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)碳并同地表系統(tǒng)中的鈣離子結(jié)合形成石灰石沉積。地表生態(tài)系統(tǒng)盡管類(lèi)型多樣，但真正起主要作用的還是森林生態(tài)系統(tǒng)，這是因?yàn)樯种械母鞣N樹(shù)木都有很長(zhǎng)的生長(zhǎng)期，在樹(shù)木適齡期內(nèi)，固碳作用可持續(xù)進(jìn)行；當(dāng)樹(shù)木進(jìn)入成熟期，固碳能力就會(huì)減弱，但人們可以通過(guò)砍伐—再造林的方式繼續(xù)保持正向固碳作用，而砍伐的木材可以做成家具等產(chǎn)品，不至于把多年來(lái)固定的碳快速返還給大氣。

 

因此，生態(tài)系統(tǒng)固碳的重點(diǎn)在于森林生態(tài)系統(tǒng)，森林生態(tài)系統(tǒng)的管理一在于保育，二在于擴(kuò)大面積。我國(guó)有大量適宜森林生長(zhǎng)的山地，這些地區(qū)過(guò)去生態(tài)受到過(guò)較大程度的破壞，最近幾十年來(lái)，一直處在恢復(fù)之中，而這些人工次生林或喬/灌混雜林都很“年輕”，有進(jìn)一步發(fā)育、固碳的潛力。同時(shí)，我國(guó)又有不少非農(nóng)用地可作造林之用，包括近海的灘涂種植紅樹(shù)林，城市鄉(xiāng)村的綠化用地種植樹(shù)木。所以說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)在我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和過(guò)程中將起到至關(guān)重要的作用。

 

人為固碳的另一條途徑是CCUS，它包括碳捕集技術(shù)、捕集后的工業(yè)化利用技術(shù)（分為生物利用和化工利用兩大類(lèi)）、地質(zhì)利用和封存技術(shù)。對(duì)這些技術(shù)，國(guó)內(nèi)外尚處在研發(fā)階段，真正大面積的應(yīng)用尚未見(jiàn)到。

 

碳捕集技術(shù)分三大類(lèi)。一是化學(xué)吸收法，它用化學(xué)吸收劑同煙道氣中的二氧化碳生成鹽類(lèi)，再加熱或減壓將二氧化碳釋放并收集。二是吸附法，又細(xì)分為化學(xué)吸附法和物理吸附法?；瘜W(xué)吸附法是用吸附材料同二氧化碳分子先作化學(xué)鍵合，再改變條件把二氧化碳分子解吸附并收集；物理吸附法是利用活性炭、天然沸石、分子篩、硅膠等對(duì)煙道氣中的二氧化碳作選擇性吸附后再解吸附回收。三是膜分離法，即利用膜對(duì)氣體分子透過(guò)率的不同，達(dá)到分離、收集二氧化碳之目的。在具體操作上，碳捕集還可分為燃燒前捕集、燃燒后捕集、化學(xué)鏈燃燒捕集、生物質(zhì)能碳捕集、從空氣中直接捕集等技術(shù)。

 

碳捕集后的工業(yè)化生物利用技術(shù)目前主要有四大類(lèi)，一是利用二氧化碳在反應(yīng)器中生產(chǎn)微藻，這些微藻再用作生產(chǎn)燃料、肥料、飼料、化學(xué)品的原料。二是將捕集到的二氧化碳注入溫室中，用以增加溫室中作物的光合作用，這個(gè)過(guò)程又可稱(chēng)為二氧化碳施肥。三是把二氧化碳同微生物發(fā)酵過(guò)程相結(jié)合，生成有機(jī)酸。四是把二氧化碳用于合成人工淀粉。碳捕集后的工業(yè)化化工利用又分兩大類(lèi)技術(shù)途徑，一大類(lèi)是把二氧化碳中的四價(jià)態(tài)碳還原后加甲烷、氫氣等氣體，再整合成甲醇、烯烴、成品油等產(chǎn)品。另一大類(lèi)為非還原技術(shù)，有二氧化碳加氨氣后制成尿素、加苯酚后合成水楊酸、加甲醇后合成有機(jī)酸酯等技術(shù)，也有合成可降解聚合物材料、各類(lèi)聚酯材料等技術(shù)。

 

地質(zhì)利用技術(shù)也有很多類(lèi)型，這些技術(shù)有的已在工業(yè)化示范中，有的尚停留在實(shí)驗(yàn)室探索階段。比如利用收集起來(lái)的二氧化碳驅(qū)油、驅(qū)煤層氣、驅(qū)天然氣、驅(qū)頁(yè)巖氣等，這屬于油氣開(kāi)采領(lǐng)域的應(yīng)用，這類(lèi)技術(shù)的一個(gè)共性是通過(guò)生產(chǎn)性鉆孔把超臨界的二氧化碳?jí)旱降貙又校盟?qū)動(dòng)孔隙、裂隙中的油、氣流出開(kāi)采性鉆孔，達(dá)到油氣增產(chǎn)或增加油氣采收率的目的，與此同時(shí)，二氧化碳則滯留在孔隙、裂隙中得以長(zhǎng)期封存。該類(lèi)技術(shù)國(guó)內(nèi)外已有工業(yè)應(yīng)用示范。而另一些技術(shù)則在探索過(guò)程中，比如用于開(kāi)采干熱巖中的地?zé)?。干熱巖埋深在數(shù)千米，其內(nèi)部基本沒(méi)有流體存在，溫度在180℃以上，開(kāi)采干熱巖中的熱能需要打生產(chǎn)井并用壓裂手段使巖石增加裂隙，然后在生產(chǎn)井中注入工作介質(zhì)，讓其流動(dòng)并采集熱量，最后從開(kāi)采井中收集熱量。一些研究表明：用二氧化碳作為工作介質(zhì)，既起到開(kāi)采干熱巖熱量的作用，又可把部分二氧化碳封存于地下。

 

地質(zhì)封存技術(shù)則是把二氧化碳收集后直接通過(guò)鉆孔注入地下深處或灌入深部海水中。這里要特別指出：深海對(duì)二氧化碳的溶解保存能力是巨大的。

 

總之，固碳的技術(shù)有多種，但這些技術(shù)不可避免地需要額外能量加入，因此有可能把最終產(chǎn)品的成本提高一大塊。至于地質(zhì)封存，盡管理論和實(shí)踐上可行，但它似有“空轉(zhuǎn)”之嫌。從現(xiàn)階段看，只有生態(tài)固態(tài)才可兼顧經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。